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<title>Go 什么时候会触发 GC？ - 花落雨忧</title>

<meta property="og:title" content="Go 什么时候会触发 GC？ - 花落雨忧">



    



    
    <meta property="description" content="大家好，我是煎鱼。
Go 语言作为一门新语言，在早期经常遭到唾弃的就是在垃圾回收（下称：GC）机制中 STW（Stop-The-World）的时间过长。
那么这个时候，我们又会好奇一点，作为 STW 的起始，Go 语言中什么时候才会触发 GC 呢？
今天就由煎鱼带大家一起来学习研讨一轮。
[&amp;hellip;] 在计算机科学中，垃圾回收（GC）是一种自动管理内存的机制，垃圾回收器会去尝试回收程序不再 &amp;hellip;">
    <meta property="og:description" content="大家好，我是煎鱼。
Go 语言作为一门新语言，在早期经常遭到唾弃的就是在垃圾回收（下称：GC）机制中 STW（Stop-The-World）的时间过长。
那么这个时候，我们又会好奇一点，作为 STW 的起始，Go 语言中什么时候才会触发 GC 呢？
今天就由煎鱼带大家一起来学习研讨一轮。
[&amp;hellip;] 在计算机科学中，垃圾回收（GC）是一种自动管理内存的机制，垃圾回收器会去尝试回收程序不再 &amp;hellip;">
    






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                                            <a href="/posts/go/when-gc/">Go 什么时候会触发 GC？</a>
                                        </h2>
                                        
                                        <div class="post-byline">Published on
                                            <a class="date" href="javascript:;">2021/12/31</a>
                                            
                                            
                                            
                                            
                                            
                                        
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                                        <p>大家好，我是煎鱼。</p>
<p>Go 语言作为一门新语言，在早期经常遭到唾弃的就是在垃圾回收（下称：GC）机制中 STW（Stop-The-World）的时间过长。</p>
<p>那么这个时候，我们又会好奇一点，作为 STW 的起始，Go 语言中什么时候才会触发 GC 呢？</p>
<p>今天就由煎鱼带大家一起来学习研讨一轮。</p>
<h2 id="什么是-gc">什么是 GC</h2>
<p>在计算机科学中，垃圾回收（GC）是一种自动管理内存的机制，垃圾回收器会去尝试回收程序不再使用的对象及其占用的内存。</p>
<p>最早 John McCarthy 在 1959 年左右发明了垃圾回收，以简化 Lisp 中的手动内存管理的机制（来自 @wikipedia）。</p>
<p><img src="https://files.mdnice.com/user/3610/09425faf-f521-43a9-a7fa-1db3c5163914.png" alt="图来自网络"></p>
<h2 id="为什么要-gc">为什么要 GC</h2>
<p>手动管理内存挺麻烦，管错或者管漏内存也很糟糕，将会直接导致程序不稳定（持续泄露）甚至直接崩溃。</p>
<h2 id="gc-触发场景">GC 触发场景</h2>
<p>GC 触发的场景主要分为两大类，分别是：</p>
<ol>
<li>系统触发：运行时自行根据内置的条件，检查、发现到，则进行 GC 处理，维护整个应用程序的可用性。</li>
<li>手动触发：开发者在业务代码中自行调用 <code> runtime.GC</code> 方法来触发 GC 行为。</li>
</ol>
<h3 id="系统触发">系统触发</h3>
<p>在系统触发的场景中，Go 源码的 <code>src/runtime/mgc.go</code> 文件，明确标识了 GC 系统触发的三种场景，分别如下：</p>
<div class="highlight"><pre style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4"><code class="language-golang" data-lang="golang"><span style="color:#66d9ef">const</span> (
	<span style="color:#a6e22e">gcTriggerHeap</span> <span style="color:#a6e22e">gcTriggerKind</span> = <span style="color:#66d9ef">iota</span>
	<span style="color:#a6e22e">gcTriggerTime</span>
	<span style="color:#a6e22e">gcTriggerCycle</span>
)
</code></pre></div><ul>
<li>gcTriggerHeap：当所分配的堆大小达到阈值（由控制器计算的触发堆的大小）时，将会触发。</li>
<li>gcTriggerTime：当距离上一个 GC 周期的时间超过一定时间时，将会触发。
-时间周期以 <code>runtime.forcegcperiod</code> 变量为准，默认 2 分钟。</li>
<li>gcTriggerCycle：如果没有开启 GC，则启动 GC。
<ul>
<li>在手动触发的 <code>runtime.GC</code> 方法中涉及。</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="手动触发">手动触发</h3>
<p>在手动触发的场景下，Go 语言中仅有 <code>runtime.GC</code> 方法可以触发，也就没什么额外的分类的。</p>
<p><img src="https://files.mdnice.com/user/3610/8da69a96-6445-4e20-9234-a0c74ba2b5de.png" alt=""></p>
<p>但我们要思考的是，一般我们在什么业务场景中，要涉及到手动干涉 GC，强制触发他呢？</p>
<p>需要手动强制触发的场景极其少见，可能会是在某些业务方法执行完后，因其占用了过多的内存，需要人为释放。又或是 debug 程序所需。</p>
<h2 id="基本流程">基本流程</h2>
<p>在了解到 Go 语言会触发 GC 的场景后，我们进一步看看触发 GC 的流程代码是怎么样的，我们可以借助手动触发的 <code>runtime.GC</code> 方法来作为突破口。</p>
<p>核心代码如下：</p>
<div class="highlight"><pre style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4"><code class="language-golang" data-lang="golang"><span style="color:#66d9ef">func</span> <span style="color:#a6e22e">GC</span>() {
	<span style="color:#a6e22e">n</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">work</span>.<span style="color:#a6e22e">cycles</span>)
	<span style="color:#a6e22e">gcWaitOnMark</span>(<span style="color:#a6e22e">n</span>)

	<span style="color:#a6e22e">gcStart</span>(<span style="color:#a6e22e">gcTrigger</span>{<span style="color:#a6e22e">kind</span>: <span style="color:#a6e22e">gcTriggerCycle</span>, <span style="color:#a6e22e">n</span>: <span style="color:#a6e22e">n</span> <span style="color:#f92672">+</span> <span style="color:#ae81ff">1</span>})
  
	<span style="color:#a6e22e">gcWaitOnMark</span>(<span style="color:#a6e22e">n</span> <span style="color:#f92672">+</span> <span style="color:#ae81ff">1</span>)

	<span style="color:#66d9ef">for</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">work</span>.<span style="color:#a6e22e">cycles</span>) <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#a6e22e">n</span><span style="color:#f92672">+</span><span style="color:#ae81ff">1</span> <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">sweepone</span>() <span style="color:#f92672">!=</span> ^uintptr(<span style="color:#ae81ff">0</span>) {
		<span style="color:#a6e22e">sweep</span>.<span style="color:#a6e22e">nbgsweep</span><span style="color:#f92672">++</span>
		<span style="color:#a6e22e">Gosched</span>()
	}
  
	<span style="color:#66d9ef">for</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">work</span>.<span style="color:#a6e22e">cycles</span>) <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#a6e22e">n</span><span style="color:#f92672">+</span><span style="color:#ae81ff">1</span> <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">mheap_</span>.<span style="color:#a6e22e">sweepers</span>) <span style="color:#f92672">!=</span> <span style="color:#ae81ff">0</span> {
		<span style="color:#a6e22e">Gosched</span>()
	}
  
	<span style="color:#a6e22e">mp</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">acquirem</span>()
	<span style="color:#a6e22e">cycle</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">work</span>.<span style="color:#a6e22e">cycles</span>)
	<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">cycle</span> <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#a6e22e">n</span><span style="color:#f92672">+</span><span style="color:#ae81ff">1</span> <span style="color:#f92672">||</span> (<span style="color:#a6e22e">gcphase</span> <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#a6e22e">_GCmark</span> <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">cycle</span> <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#a6e22e">n</span><span style="color:#f92672">+</span><span style="color:#ae81ff">2</span>) {
		<span style="color:#a6e22e">mProf_PostSweep</span>()
	}
	<span style="color:#a6e22e">releasem</span>(<span style="color:#a6e22e">mp</span>)
}
</code></pre></div><ol>
<li>在开始新的一轮 GC 周期前，需要调用 <code>gcWaitOnMark</code> 方法上一轮 GC 的标记结束（含扫描终止、标记、或标记终止等）。</li>
<li>开始新的一轮 GC 周期，调用 <code>gcStart</code> 方法触发 GC 行为，开始扫描标记阶段。</li>
<li>需要调用 <code>gcWaitOnMark</code> 方法等待，直到当前 GC 周期的扫描、标记、标记终止完成。</li>
<li>需要调用 <code>sweepone</code> 方法，扫描未扫除的堆跨度，并持续扫除，保证清理完成。在等待扫除完毕前的阻塞时间，会调用 <code>Gosched</code> 让出。</li>
<li>在本轮 GC 已经基本完成后，会调用 <code>mProf_PostSweep</code> 方法。以此记录最后一次标记终止时的堆配置文件快照。</li>
<li>结束，释放 M。</li>
</ol>
<h2 id="在哪触发">在哪触发</h2>
<p>看完 GC 的基本流程后，我们有了一个基本的了解。但可能又有小伙伴有疑惑了？</p>
<p>本文的标题是 “GC 什么时候会触发 GC”，虽然我们前面知道了触发的时机。但是&hellip;.Go 是哪里实现的触发的机制，似乎在流程中完全没有看到？</p>
<h3 id="监控线程">监控线程</h3>
<p>实质上在 Go 运行时（runtime）初始化时，会启动一个 goroutine，用于处理 GC 机制的相关事项。</p>
<p>代码如下：</p>
<div class="highlight"><pre style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4"><code class="language-golang" data-lang="golang"><span style="color:#66d9ef">func</span> <span style="color:#a6e22e">init</span>() {
	<span style="color:#66d9ef">go</span> <span style="color:#a6e22e">forcegchelper</span>()
}

<span style="color:#66d9ef">func</span> <span style="color:#a6e22e">forcegchelper</span>() {
	<span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">g</span> = <span style="color:#a6e22e">getg</span>()
	<span style="color:#a6e22e">lockInit</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">lock</span>, <span style="color:#a6e22e">lockRankForcegc</span>)
	<span style="color:#66d9ef">for</span> {
		<span style="color:#a6e22e">lock</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">lock</span>)
		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">idle</span> <span style="color:#f92672">!=</span> <span style="color:#ae81ff">0</span> {
			<span style="color:#a6e22e">throw</span>(<span style="color:#e6db74">&#34;forcegc: phase error&#34;</span>)
		}
		<span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Store</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">idle</span>, <span style="color:#ae81ff">1</span>)
		<span style="color:#a6e22e">goparkunlock</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">lock</span>, <span style="color:#a6e22e">waitReasonForceGCIdle</span>, <span style="color:#a6e22e">traceEvGoBlock</span>, <span style="color:#ae81ff">1</span>)
    <span style="color:#75715e">// this goroutine is explicitly resumed by sysmon
</span><span style="color:#75715e"></span>		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">debug</span>.<span style="color:#a6e22e">gctrace</span> &gt; <span style="color:#ae81ff">0</span> {
			println(<span style="color:#e6db74">&#34;GC forced&#34;</span>)
		}

		<span style="color:#a6e22e">gcStart</span>(<span style="color:#a6e22e">gcTrigger</span>{<span style="color:#a6e22e">kind</span>: <span style="color:#a6e22e">gcTriggerTime</span>, <span style="color:#a6e22e">now</span>: <span style="color:#a6e22e">nanotime</span>()})
	}
}
</code></pre></div><p>在这段程序中，需要特别关注的是在 <code>forcegchelper</code> 方法中，会调用 <code>goparkunlock</code> 方法让该 goroutine 陷入休眠等待状态，以减少不必要的资源开销。</p>
<p>在休眠后，会由 <code>sysmon</code> 这一个系统监控线程来进行监控、唤醒等行为：</p>
<div class="highlight"><pre style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4"><code class="language-golang" data-lang="golang"><span style="color:#66d9ef">func</span> <span style="color:#a6e22e">sysmon</span>() {
	<span style="color:#f92672">...</span>
	<span style="color:#66d9ef">for</span> {
		<span style="color:#f92672">...</span>
		<span style="color:#75715e">// check if we need to force a GC
</span><span style="color:#75715e"></span>		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">t</span> <span style="color:#f92672">:=</span> (<span style="color:#a6e22e">gcTrigger</span>{<span style="color:#a6e22e">kind</span>: <span style="color:#a6e22e">gcTriggerTime</span>, <span style="color:#a6e22e">now</span>: <span style="color:#a6e22e">now</span>}); <span style="color:#a6e22e">t</span>.<span style="color:#a6e22e">test</span>() <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">atomic</span>.<span style="color:#a6e22e">Load</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">idle</span>) <span style="color:#f92672">!=</span> <span style="color:#ae81ff">0</span> {
			<span style="color:#a6e22e">lock</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">lock</span>)
			<span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">idle</span> = <span style="color:#ae81ff">0</span>
			<span style="color:#66d9ef">var</span> <span style="color:#a6e22e">list</span> <span style="color:#a6e22e">gList</span>
			<span style="color:#a6e22e">list</span>.<span style="color:#a6e22e">push</span>(<span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">g</span>)
			<span style="color:#a6e22e">injectglist</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">list</span>)
			<span style="color:#a6e22e">unlock</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">forcegc</span>.<span style="color:#a6e22e">lock</span>)
		}
		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">debug</span>.<span style="color:#a6e22e">schedtrace</span> &gt; <span style="color:#ae81ff">0</span> <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">lasttrace</span><span style="color:#f92672">+</span>int64(<span style="color:#a6e22e">debug</span>.<span style="color:#a6e22e">schedtrace</span>)<span style="color:#f92672">*</span><span style="color:#ae81ff">1000000</span> <span style="color:#f92672">&lt;=</span> <span style="color:#a6e22e">now</span> {
			<span style="color:#a6e22e">lasttrace</span> = <span style="color:#a6e22e">now</span>
			<span style="color:#a6e22e">schedtrace</span>(<span style="color:#a6e22e">debug</span>.<span style="color:#a6e22e">scheddetail</span> &gt; <span style="color:#ae81ff">0</span>)
		}
		<span style="color:#a6e22e">unlock</span>(<span style="color:#f92672">&amp;</span><span style="color:#a6e22e">sched</span>.<span style="color:#a6e22e">sysmonlock</span>)
	}
}
</code></pre></div><p>这段代码核心的行为就是不断地在 for 循环中，对 <code>gcTriggerTime</code> 和 <code>now</code> 变量进行比较，判断是否达到一定的时间（默认为 2 分钟）。</p>
<p>若达到意味着满足条件，会将 <code>forcegc.g</code> 放到全局队列中接受新的一轮调度，再进行对上面 <code>forcegchelper</code> 的唤醒。</p>
<h3 id="堆内存申请">堆内存申请</h3>
<p>在了解定时触发的机制后，另外一个场景就是分配的堆空间的时候，那么我们要看的地方就非常明确了。</p>
<p>那就是运行时申请堆内存的 <code>mallocgc</code> 方法。核心代码如下：</p>
<div class="highlight"><pre style="color:#f8f8f2;background-color:#272822;-moz-tab-size:4;-o-tab-size:4;tab-size:4"><code class="language-golang" data-lang="golang"><span style="color:#66d9ef">func</span> <span style="color:#a6e22e">mallocgc</span>(<span style="color:#a6e22e">size</span> <span style="color:#66d9ef">uintptr</span>, <span style="color:#a6e22e">typ</span> <span style="color:#f92672">*</span><span style="color:#a6e22e">_type</span>, <span style="color:#a6e22e">needzero</span> <span style="color:#66d9ef">bool</span>) <span style="color:#a6e22e">unsafe</span>.<span style="color:#a6e22e">Pointer</span> {
	<span style="color:#a6e22e">shouldhelpgc</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#66d9ef">false</span>
	<span style="color:#f92672">...</span>
	<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">size</span> <span style="color:#f92672">&lt;=</span> <span style="color:#a6e22e">maxSmallSize</span> {
		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">noscan</span> <span style="color:#f92672">&amp;&amp;</span> <span style="color:#a6e22e">size</span> &lt; <span style="color:#a6e22e">maxTinySize</span> {
			<span style="color:#f92672">...</span>
			<span style="color:#75715e">// Allocate a new maxTinySize block.
</span><span style="color:#75715e"></span>			<span style="color:#a6e22e">span</span> = <span style="color:#a6e22e">c</span>.<span style="color:#a6e22e">alloc</span>[<span style="color:#a6e22e">tinySpanClass</span>]
			<span style="color:#a6e22e">v</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">nextFreeFast</span>(<span style="color:#a6e22e">span</span>)
			<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">v</span> <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#ae81ff">0</span> {
				<span style="color:#a6e22e">v</span>, <span style="color:#a6e22e">span</span>, <span style="color:#a6e22e">shouldhelpgc</span> = <span style="color:#a6e22e">c</span>.<span style="color:#a6e22e">nextFree</span>(<span style="color:#a6e22e">tinySpanClass</span>)
			}
			<span style="color:#f92672">...</span>
			<span style="color:#a6e22e">spc</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">makeSpanClass</span>(<span style="color:#a6e22e">sizeclass</span>, <span style="color:#a6e22e">noscan</span>)
			<span style="color:#a6e22e">span</span> = <span style="color:#a6e22e">c</span>.<span style="color:#a6e22e">alloc</span>[<span style="color:#a6e22e">spc</span>]
			<span style="color:#a6e22e">v</span> <span style="color:#f92672">:=</span> <span style="color:#a6e22e">nextFreeFast</span>(<span style="color:#a6e22e">span</span>)
			<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">v</span> <span style="color:#f92672">==</span> <span style="color:#ae81ff">0</span> {
				<span style="color:#a6e22e">v</span>, <span style="color:#a6e22e">span</span>, <span style="color:#a6e22e">shouldhelpgc</span> = <span style="color:#a6e22e">c</span>.<span style="color:#a6e22e">nextFree</span>(<span style="color:#a6e22e">spc</span>)
			}
			<span style="color:#f92672">...</span>
		}
	} <span style="color:#66d9ef">else</span> {
		<span style="color:#a6e22e">shouldhelpgc</span> = <span style="color:#66d9ef">true</span>
		<span style="color:#a6e22e">span</span> = <span style="color:#a6e22e">c</span>.<span style="color:#a6e22e">allocLarge</span>(<span style="color:#a6e22e">size</span>, <span style="color:#a6e22e">needzero</span>, <span style="color:#a6e22e">noscan</span>)
		<span style="color:#f92672">...</span>
	}

	<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">shouldhelpgc</span> {
		<span style="color:#66d9ef">if</span> <span style="color:#a6e22e">t</span> <span style="color:#f92672">:=</span> (<span style="color:#a6e22e">gcTrigger</span>{<span style="color:#a6e22e">kind</span>: <span style="color:#a6e22e">gcTriggerHeap</span>}); <span style="color:#a6e22e">t</span>.<span style="color:#a6e22e">test</span>() {
			<span style="color:#a6e22e">gcStart</span>(<span style="color:#a6e22e">t</span>)
		}
	}

	<span style="color:#66d9ef">return</span> <span style="color:#a6e22e">x</span>
}
</code></pre></div><ul>
<li>小对象：如果申请小对象时，发现当前内存空间不存在空闲跨度时，将会需要调用 <code>nextFree</code> 方法获取新的可用的对象，可能会触发 GC 行为。</li>
<li>大对象：如果申请大于 32k 以上的大对象时，可能会触发 GC 行为。</li>
</ul>
<h2 id="总结">总结</h2>
<p>在这篇文章中，我们介绍了 Go 语言触发 GC 的两大类场景，并分别基于大类中的细分场景进行了一一说明。</p>
<p>一般来讲，我们对其了解大概就可以了。若小伙伴们对其内部具体实现感兴趣，也可以以文章中的代码具体再打开看。</p>
<p>但需要注意，很有可能 Go 版本一升级，可能又变了，学思想要紧 ：）</p>


                                        
                                        
                                        
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                                } else {
                                    profile.addClass('open');
                                }
                            });
                        });
                    })(jQuery);
                </script>
            </p>
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        <h2 class="widget-title">开源项目</h2>
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            <div id="projects" style="line-height: 22px;">
                
                <a href="https://github.com/idoubi/gonews"
                    target="_blank">gonews</a>: &nbsp;Daily news for golang<br>
                
                <a href="https://github.com/idoubi/sql2struct"
                    target="_blank">sql2struct</a>: &nbsp;Generate go struct according to SQL<br>
                
                <a href="https://github.com/idoubi/goz"
                    target="_blank">goz</a>: &nbsp;Request library used in golang<br>
                
        </div>
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